Физика для поступающих в вузы - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1.1. Траектории свободно падающего тела (а) и точки на ободе колеса (6) в разных системах отсчета.
происходит по параболической траектории. Точка на ободе колеса вагона движется по окружности для первого из этих наблюдателей, но это же движение с точки зрения второго наблюдателя происходит по замысловатой кривой — циклоиде (рис. 1.1). В этом заключается простейшее проявление относительного характера механического движения.
Механическое движение происходит в пространстве и во времени. Понятия пространства и времени относятся к числу фундаментальных понятий, которые невозможно определить через какие-то более простые понятия. Но в физике
10
КИНЕМАТИКА
более важными являются не формальные определения, а конкретные свойства пространства и времени, проявляющиеся при протекании тех или иных физических процессов. И эти конкретные свойства познаются опытным путем.
Физика — точная наука, т. е. в ее основе лежит изучение не только качественных, но и количественных соотношений, поэтому любой физический* опыт связан с измерениями. По словам Д. И. Менделеева, наука начинается с тех пор, как начинают измерять.
Для изучения механического движения, происходящего в пространстве и во времени, нужно прежде всего уметь измерять 'промежутки времени и расстояния.
В различных областях физики и техтгики используются разные способы измерения расстояний и промежутков времени. Любое измерение сводится к сравнению измеряемой величины с другой величиной, принятой за единичную, т. е. с эталоном. Выбор эталона и способа сравнения измеряемой величины с эталоном может быть сделан по-разному.
В настоящее время в качестве эталона длины принят метр — длина, равная 1 650 763,73 дайн световых волн в вакууме определенной оранжевой линии в спектре излучения атома криптона-86.
В качестве эталона времени принята секунда — промежуток времени, равный 9 192 631 770 периодам электромагнитного излучения, соответствующего определенному нереходу в атоме цезия-133 в отсутствие внешних полей.
Использовавшийся ранее эталон метра в виде стержня из сплава платины и иридия оказался недостаточно надежным, ибо, как и все твердые тела, подвержен внешним влияниям и не может быть воспроизведен в случае его утраты. Точно так же не удовлетворяет современным требованиям эталон времени, основанный на использовании Гастрономических часов», т. е. суточного или орбитального вращения Земли. Не исключено, таз технический прогресс приведет к такой точности измерений, что и существующие эталоны придется заменить ва новые, 'более совершенные.
Существуют различные способы сравнения измеряемой величины с эталоном. Например, ири измерении длины возможно непосредственное сравнение измеряемого отрезка с промежуточными эталонами — жесткими линейками. Такой способ основан на свойстве твердых тел сохранять до известной степени неизменными свою форму и размеры.
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИШЕМАТИКИ ТОЧКИ Ц
Другой возможный способ измерения длины — триангуляция (рис. 1.2). В этом способе непосредственно измеряют длину «базы>? АВ, на концах которой измерярт углы аир в направлении на объект С. Затем искомое расстояние АС (или ВС) рассчитывается по формулам тригонометрии. В основе этого способа лежит подтверждаемая опытом гипотеза о том, что световые лучи, приходящие от объекта С к точкам Л и В, подчиняются тем же аксиомам геометрии Евклида, что и геометрические прямые линии.
Еще один возможный способ измерения расстояний —радиолокация (или свето-локация). При этом измеряется время прохождения электромагнитного сигнала до объекта и обратно и предполагается, А В
что сигнал распространяется туда и об- Рис. 1.2. Изме-
ратно С одинаковой скоростью. рение расстоя-
Вопрос о том, согласованы ли между нии методом
, „ г J триангуляции.
собой разные способы измерения расстояний, т. е. дают ли’ они одно и то же или нет, решается только на опыте.
Измерение промежутков времени также возможно не только путем непосредственного сравнения с эталоном, но и путем использования различных косвенных методов, основанных на физических явлениях разной природы. Например, возможно использование периодических механических колебаний, как это делается в обычных маятниковых и кварцевых часах. Для измерения больших промежутков времени, например, в геологии и археологии, используется явление радиоактивного распада.
Для описания механического движения, как и любых других физических процессов, протекающих в пространстве и во времени, используются системы отсчета. Под системой отсчета понимают тело или систему тел, относительно которых рассматривается изучаемое движение, вместе с .совокупностью связанных с этими телами приборов для измерения расстояний и промежутков времени.
Одно и то же физическое явление можно рассматривать в разных системах отсчета. Хотя изучаемое явление в разных системах отсчета может выглядеть по-разному, но длины тел и промежутки времени, как показывает опыт, при движении со скоростями, малыми по сравнению со
